紧凑型消色差且被动的仅光学消热差摄远透镜的制作方法
【专利说明】紧凑型消色差且被动的仅光学消热差摄远透镜
[0001] 本公开设及用于通过窄视场进行红外线成像的大孔径消色差且消热差的透镜布 置。设计良好的窄场透镜保证甚至遥远的场景的清晰且高对比度的图像。运种类型的透镜 的最关键的参数是体积和重量、波长漂移W及热漂移。
[0002] 具有17ym或甚至12ym的像素间距的新检测器开发需要空间分辨率稳定地渐增 的透镜组件。可通过基于孔径的光圈数低于f/1. 5的相对大孔径透镜布置来规避衍射的分 辨率极限。根据平方律，较大孔径具有使相机的热分辨率增大的额外优点。然而，也可在不 会过于不利的情况下设想下至f/2. 0的较小孔径。
[0003] 呈两个会聚群组的传统布置（"佩兹伐"透镜）导致长于有效焦距巧FL)的总长 度（OL)并且导致短后焦距度化)。第一事实限制了便携性或移动性。第二事实限定了对相 机的机械配合。后者对于冷却检测器来说变得非常关键，通常需要在检测器平面附近用于 杜瓦瓶和冷光阔的空间。
[0004]MasatakaPfeitoh等人的"硫属化物玻璃的福射耐受性"（Proc. SPIE(2010)，Vol. 7660, 7660028)中给出实例，其中描述了消热差红外线透镜组件。色像差 和热散焦两者据称均得到补偿。所述设计使用由2个透镜组成的会聚前群组，一个透镜由 硫属化物玻璃制成，另一个透镜由错制成。此外，运后一透镜是衍射的。后群组是略微会聚 的并且由3个错透镜组成。对于102mm的总长度来说，报告的焦距为78mm。因此，运种布置 并非特别紧凑型的，并且由于大量透镜而造价昂贵。并且没有详述其光学设计，也未指明透 镜轮廓。
[0005] 在给定光圈数和邸L下使体积减小的唯一方式是使化最小化。为此，可将会聚前 群组与发散后群组组合。运些布置（也被称为摄远镜头）经常具有光圈数高于f/1. 7的= 个或更多个透镜。
[0006] 此外，先进的优化技术结合专家桐察力可仅使用两个透镜来提供解决方案：运种 概念的关键是具有小热光常数（T0C或丫T)的会聚前透镜和具有高TOC的发散图像侧透镜。 用于前透镜的优选材料为硫属化物玻璃；用于图像侧透镜的合适材料为错。
[0007] 呈摄远镜头布置并且具有较低光圈数的此类现代双透镜设计通常通过光学和机 械补偿机制的组合来实现被动消热差。现有技术是使用固持器内具有广泛不同热膨胀系数 的材料（诸如放置在金属固持器内的塑料管或塑料环）而实现的被动机械消热差。差异膨 胀通过使透镜的相对位置依据溫度而移位来诱发几何形状的略微重新调整。然而，透镜固 持器是机械复杂的并且因此是颇为易碎的。
[0008] 未公布的国际申请案PCT/EP2012/076332教示了将机械和光学热校正组合的此 类现代双透镜布置。所述详细设计提供高光学性能，与当前细间距检测器的使用兼容。在 例示设计中的每一者中使用塑料热膨胀环。
[0009] 本公开的目的是仅通过光学手段来实现被动消热差，因此无需使透镜在透镜固持 器中进行任何相对校正移动。因此，致使简单的、坚硬的整体透镜固持器成为可能。在运种 情况下，后透镜的形状更像具有负光焦度的校正板并且因此被进一步称为发散校正透镜。
[0010] 为此，已经开发出新颖光学设计，尤其是红外线消色差且消热差的摄远透镜布置， 所述布置由TOC低于35X10 6kI的单一会聚前透镜和TOC高于75X10 6kI的单一发散校 正透镜组成，其基于孔径的光圈数低于f/1. 5,其特征在于：
[0011] 0.91《0L/E化《1.Ol;
[0012] 0. 32《B化/E化《0. 50 ; 阳01引 0. 20《VD/E化《0. 48;
[0014] 溫度补偿是仅通过被动光学补偿而获得；W及，
[0015] 所述校正透镜的光焦度从轴上第一值到最大图像高度第二值而变化，所述第二值 对所述第一值的比率为1. 05到1. 40。
[0016] 发散校正透镜的光焦度因此从轴上值到最大图像高度值增加了 5%到40%。
[0017] 应注意，E化为透镜组件的有效焦距，化为其总长度，B化为其后焦距，并且VD为 运两个透镜之间的顶点距离。在-40°C到+80°C的溫度范围内实现消热差。在整个溫度范 围内实现对应于29cy/mm下的平均MTF的比0. 300更好的轴上分辨率。
[0018]TOC意指透镜材料的热光常数，也被称为丫T。低于f/1. 5的基于孔径的光圈数意 指较大孔径尺寸，诸如f/1. 2。
[0019] 优选实施例包含W上透镜布置，其特征在于前透镜材料为硫属化物玻璃。
[0020] 有利地，将错选作发散校正透镜的透镜材料。由于错的约125X106K1的极高T0C， 错确实最适合用于校正透镜中。
[0021] 会聚前透镜是优选地通过具有一个凹形表面的凹凸透镜来实现，所述凹形表面朝 向外壳内部。
[0022] 此外，可在透镜表面中的一者上提供衍射图案。
[0023] W上光学设计特别适合于窄场组件，即，适应于20度或更小的水平视场（HFOV)。
[0024] 在运些情况下，透镜外壳成为具有位于固定位置处的透镜的整体管。运表示朝向 便携式且坚固的设备的大进步。然而，透镜和外壳材料W及透镜形状的精屯、选择仍是强制 性的W实现所设想的光学分辨率和热漂移。
[00巧]必须考虑透镜外壳材料的影响。诸如金属或合金的具有低热膨胀系数的材料是优 选的，运是因为使前透镜和校正透镜的光焦度减小成为可能。
[00%] -个透镜表面上的衍射图案为对色差进行更有效的补偿留出余地，运在系统的带 宽可能跨大气窗口时是有用的特征。
[0027] 所述设计还提供大后焦距。在运样做时，确保与不同类型的检测器（冷却和未冷 却、具有不同尺寸，W及用于不同波段）的兼容性。
[0028] 另外优点为：
[0029]-在全场中在29cy/mm下基于初始溫度的高空间分辨率；
[0030] -在29cy/mm下在整个溫度范围内的高空间分辨率； 阳03U -适应于不同检测器像素计数，比如 320X240、640X480(VGA)、1024X768狂GA);
[0032]-适应于不同像素间距，比如25Jim、17Jim、15Jim、12Jim; 阳03引-适应于不同波段，比如3-5ym、8-12ym、7-14ym;
[0034]-适应于不同外壳材料。
[0035] 基于W上边界条件，